Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Instituto de Química

Área de Educação Química

QUÍMICA NA SIDERURGIASolange Bianco Borgs Romeiro

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE QUÍMICA

ÁREA DE EDUCAÇÃO QUÍMICA

Série Química e Tecnologia

QUÍMICA NA SIDERURGIA

SOLANGE BIANCO BORGES ROMEIROLicenciada em Ciências e Química - PUCRS

Especialista em Ensino de Química - UFRGS

Professora da Fundação Escola Tecnica Liberato Salzano Vieira da Cunha

PORTO ALEGRE

1997

1997 Área de Educação Química do Instituto de Química da UFRGS

Dados Internacionais de Catolagação-na- publicação (CIP)

Biblioteca do Instituto de Química da UFRGS - Porto Alegre

Romeiro, Solange Bianco Borges Química na Siderurgia/ Solange Bianco Borges Romeiro. -- Porto Alegre: Área de Educação Química do Instituto de Química da UFRGS, 1997. -- (série química e tecnologia)

1. Siderurgia. I. Título. II. Série.

CDU - 669.1

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SUMÁRIO:

1. METALURGIA.............................................................................................5

2. SIDERURGIA - METALURGIA DO FERRO...........................................8

2.1 OCORRÊNCIA DO FERRO: ...............................................................................82.2 PRODUTOS SIDERURGICOS ............................................................................8

2.2.1. FERRO GUSA ( ferro bruto ou ferro de 1a fusão)...............................82.2.2 FERRO FUNDIDO (FOFO) ...............................................................112.2.3. AÇO COMUM ( Aço Carbono) ..........................................................122.2.4. AÇOS ESPECIAIS (Aço-liga).............................................................14

2.3 AS PROPRIEDADES DOS AÇOS ......................................................................142.4 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS ...............................................162.5 AÇO INOX ....................................................................................................19

2.5.1 CARACTERÍSTICAS DO AÇO INOX .................................................192.5.2 CLASSIFICAÇÃO, CONSTITUIÇÃO E UTILIZAÇÃO.......................22

3. DESIGNAÇÃO DE AÇOS .........................................................................29

4. LIGAÇÃO METÁLICA.............................................................................31

4.1. PROPRIEDADE FÍSICA DOS METAIS ..............................................................324.2.ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS .........................................................32

4.2.1. CONSEQÜÊNCIA DAS ESTRUTURAS CRISTALINAS ....................344.3. METALURGIA E POTENCIAIS DE OXIDAÇÃO.................................................344.4. LIGAS METÁLICAS.......................................................................................35

4.4.1. Conceito: ............................................................................................354.4.2. Obtenção: ...........................................................................................354.4.3. Tipos de ligas: ....................................................................................36

4.5. PROPRIEDADE DAS LIGAS ............................................................................36

5. BIBLIOGRAFIA.........................................................................................39

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1. METALURGIA

Na superficie da Terra há uma imensa variedade de substânciaformadas ao longo de milhares de anos pela natureza não-viva. Essassubstâncias são chamadas de minerais.

Grande parte dos minerais contém metais em sua composição química.Às vezes, dependendo da composição química e da abundância do mineral, épossível a extração desses metais.

O minério é uma rocha que contém grande quantidade de um elementoquímico livre ou combinado com outro elemento. Uma rocha é consideradaminério quando tem importância econômica, o que depende da concentração eda viabilidade econômica de extração de uma substância de interesse.

Acredita-se atualmente que a composição da crosta sejaaproximadamente a da Tabela 1.1

Tabela 1.1 - Composição da crosta terreste

Elemento % em massa

O 46,6

Si 27,7

Al 8,1

Fe 5,0

Ca 3,6

Na 2,8

K 2,6

Mg 2,1

todos os demais 1,5

Como se pode notar o metal mais abundante na crosta terrestre é oalumínio. No entanto, muitos metais de grande importância prática são bemmais raros: cobre, tório, urânio, mercúrio, ouro.

Os elementos não se encontram uniformemente disseminados pelacrosta, havendo regiões mais ricas em um elemento do que outras.

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Como já sabemos, os metais possuem, de um modo geral altatendência a doar elétrons. Assim, eles frenquentemente são encontrados em seusminérios com número de oxidação positivo, e para que se possa obter o metal apartir do minério, é necessário que ele sofra uma REDUÇÃO.

Perceba que se trata exatamente do contrário da corrosão, um processonatural que tende a oxidar os metais.

MetalurgiaM+n Mo

Corrosão

Metalurgia é a seqüência de processos que visa obter um metal a partirdo minério correspondente.

Podemos esquematizar a metalurgia da seguinte maneira:

Alguns poucos metais podem ser encontrados livres na Natureza naforma de substância simples (ouro, platina, prata) devido a baixa reatividadedestes metais. No entanto a maioria dos metais existe na forma de compostos,que estão misturados a outras substâncias.

Exemplos de minérios importantes podem ser vistos na Tabela 1.2.

M+n

Metal no Minério

Extração da mina

Mo

Metal na Forma Simples

Purificação dominério

REDUÇÃO

Purificação dometalRedução

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Tabela 1.2 - Minérios de vários metais

Metais Fórmula Química Nome Mineralógico

Minério de Ferro Fe2O3

Fe2O3 . 3 H2OFe3O4

FeCO3

FeS2

HematitaLimonitaMagnetitaSideritaPirita

Minério de Cobre CuCu2SCuFeS2

Cu2O

NativoCalcocitaCalcopiritaCuprita

Minério de Prata AgAgCl

NativoClorargita

Minério de Mercúrio HgS CinábrioMinério de Estanho SnO2 CassiteritaMinério de Chumbo PbS GalenaMinério de Zinco ZnS BlendaMinério de Cromo Cr2FeO4 CromitaMinério de Alumínio Al2O3 . H2O Bauxita

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2. SIDERURGIA - METALURGIA DO FERRO2.1 Ocor rência do Fer ro:

O ferro ocorre na natureza sob forma de óxidos, carbonatos e sulfetos:

Tabela 2.1 - Ocorrência do ferro na natureza

Substância Nome Mineralógico Percentual de Fer ro

Óxidos:Fe3O4

*

Fe2O3

Fe2O3 . H2O

MagnetitaHematitaLimonita

45 a 70 %50 a 70 %20 a 60 %

Carbonatos:FeCO3 Siderita 30 a 45 %Sulfetos:FeS Pirita Extração para obten-

ção de aço não é viá-vel devido a presençade enxofre, prejudicialao aço.

Observação: * Óxido Duplo : Fe3O4 = FeO + Fe2O3

As maiores jazidas de ferro do mundo localizam-se na Austrália,Brasil, Estados Unidos, Rússia, França e Inglaterra

No Brasil as maiores jazidas encontram-se em Minas Gerais, MatoGrosso do Sul, Pará, Amapá e Bahia.

O principal minério encontrado no Brasil é a hematita com 50 a 70 %de Ferro (8% das reservas mundiais) é de boa qualidade devido aos baixosíndices de fósforo e enxofre.

2.2 Produtos Siderurgicos

2.2.1. FERRO GUSA ( ferro bruto ou ferro de 1a fusão)Ferro Gusa: é a forma intermediária pela qual passa praticamente todo

o ferro utilizado na produção do aço. É um produto de primeira fusão obtido apartir da redução do minério em alto-forno.

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Composição Química: Contém em torno 4 % de carbono sob formade cementita (Fe3C). Possui com principais impurezas o silício (0,3 a 2%), oenxofre (0,01 a 1%), o fósforo (0,05 a 2%) e o manganês (0,5 a 2%).

Caracter ísticas: O ferro gusa, também chamado de ferro bruto é duroe quebradiço, com baixa resistência mecânica, devido ao excesso de carbono.

Pode ser empregado em diferentes confecções de peças que sãosubmetidas a pequenos esforços.

Obtenção: O ferro gusa é obtido a partir da fusão de minério de ferroem altos fornos.

O minério é geralmente utilizado é a hematita (Fe2O3) e sua ganga éconstituída basicamente de sílica (SiO2).

O processo tem como início a sinterização ou pelotização do minérioque consiste em triturar o minério para aumentar a superfície de contato domaterial tornando-o de granulometria controlada, o que determinará um melhorrendimento nos alto-fornos modernos. Junto com o minério são incluídos nacarga, calcáreo(CaCO3), carvão mineral ou vegetal ( C ) e ar quente.

O carvão servirá para reduzir o minério e produzir energia, o calcáreoservirá como fundente.

A produção: A produção diária em média de um alto forno varia de5.000 a 10.000 toneladas.

A carga do alto forno para a produção de 1 tonelada de Ferro Gusa:♦ 1,7 toneladas de minério (Fe2O3 + ganga )♦ 0,25 tonelada de calcáreo (CaCO3)♦ 0,5 tonelada de carvão (CV ou CM)♦ 2 toneladas de ar (H20, N2, O2, ...)

Produção:1 tonelada de Ferro Gusa0,2 a 0,4 ton. de escória2,3 a 3,5 ton. de gás (reaproveitável).

Reações químicas no alto-forno:

1)Produção de energia e formação de monóxido de carbono (CO):A queima de carvão ativado pela entrada de ar quente fornece calor e

monóxido de carbono, este último importante na redução do minério.A oxidação do carbono ocorre próximo a entrada de ar (ventaneiras),

próximo a base do alto forno, cerca de 1 a 3 metros. Na reação não CO2 devido

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a altas temperaturas (1500 oC) e excesso de carbono. O excesso de CO torna ogás do alto forno combustível.

2C + O2 ⇒ 2 CO + energia Carvão Ar Calor

2)Redução do ferro:O ferro do minério deve ser reduzido a ferro metálico. O monóxido de

carbono serve para reduzir o ferro.

3 Fe2O3 + CO ⇒ 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO ⇒ 3 FeO + CO2

FeO + CO ⇒ Fe + CO2

3)Redução do silício, fósforo e manganês

Nas temperaturas mais baixas da parte superior do alto forno; ocorre aseguinte reação:

2MnO2 + C ⇒ 2MnO + CO2

Nas altas temperaturas :

2MnO + C ⇒ 2Mn + CO2

SiO2 + 2C ⇒ Si + 2 COP2O5 + 5C ⇒ 2 P + 5 CO

Esta última reação é incompatível em alto-forno, praticamente todo ofósforo do minério é incorporado no ferro gusa.

4)Reação da escória (escoriamento):

Ca CO3 ⇒ CaO + CO2

CaO + SiO2 ⇒ CaSi O3 (escória)

O silicato de cálcio recebe o nome de escória e depositam-se nocadinho sobre o ferro, evita a oxidação, se retirada periodicamente. As escóriassão utilizadas na produção de tijolos, blocos e concretos.

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O gás do alto-forno limpo de pó se usa como combustível nosrecuperadores e nas caldeiras a vapor. Seu poder calorífico, é aproximadamentede 1000 cal/m3.

Veja na Figura 2.1 um esquema de alto forno.

Figura 2.1 - Alto forno siderúrgico

2.2.2 FERRO FUNDIDO (FOFO) É uma liga de ferro carbono cujo teor de carbono se situa acima de

2% aproximadamente. Face a influência do silício nessa liga, sobretudo sobponto de vista de sua constituição estrutural o ferro fundido é considerado umaliga ternária (Fe, C, Si), pois o silício esta freqüentemente presente em teoressuperiores ao próprio carbono. O carbono está geralmente presente em grandeparcela, na forma “livre”.

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Composição química: Os elementos mais influentes são o carbono e osilício. O manganês está sempre presente, com efeito contrário ao silício. Asoutras impurezas normais são o fósforo e o enxofre.

O ferro fundido especial contém elementos que alteram aspropriedades finas e são designados pelo nome do elemento da liga que ocontém, por exemplo, Ferro Fundido Níquel e Ferro Fundido Silício.

Tipos de aços fundidos:• cinzento: coloração escura, mais usado pela fácil fusão e moldagem,

boa resistência mecânica, boa usinabilidade, boa resistência aodesgaste.

• branco: coloração maios clara• mesclado: coloração mista entre branca e cinzenta.• maleável: obtido a partir de ferro fundido branco.• modular: material com boa conductibilidade.Composição Química: carbono (2 a 4%), manganês (0,3 a 1%), silício

(1 a 3%), fósforo (0,1 a 1%), enxofre (0,05 a 0,25%) e ferro.Obtenção de Fer ro Fundido: O material da primeira fusão(ferro-

gusa) obtido em alto forno é levado a uma fundição e refundido junto comsucata de ferro fundido e aços em forno cubilô, dando origem ao ferro fundidode segunda fusão com 2,3 a 3,5 % de carbono.

Com este produto são feitas peças geralmente, chamadas peças deferro-fundido. Exemplos: carcaça de motor, panelas (caçarolas), fogão à lenha,lareiras, etc.

2.2.3. AÇO COMUM ( Aço Carbono) É uma liga de ferro carbono (Fe-C) contendo geralmente de 0,008 a

2% de carbono, além de certos elementos resultantes do processo de fabricação.Composição química: os elementos resultantes do processo de

fabricação são o manganês (0,3 a 0,6%), silício (0,1 a 0,3%), fósforo (máximode 0,04%), enxofre (máximo de 0,05%), carbono (0,08 a 2%) e ferro.

Efeito dos elementos : os aços comuns, além do carbono que é o seuprincipal elemento de liga, apresentam manganês (Mn), silício (Si), fósforo (P)e enxofre como elementos sempre presentes, em função das matérias primasque foram utilizadas na fabricação de ferro gusa e do aço. Por essa razão, esseselementos são normalmente especificados.

• CARBONO: É o responsável direto pela dureza do material noestado recozido e normalização e pela sua temperalidade. Sem

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carbono, o ferro não pode ser endurecido pela têmpera, pois nãohaverá formação da martensita.

• SILÍCIO: Nos teores normais (entre 0,15 e 0,30%) é o elementoessencialmente desoxidante, pois neutraliza a ação de CO ou CO2,por ocasião da fusão e solidificação dos aços .

• MANGANÊS: Em teores entre 0,30 e 0,60%, atua como desoxidantedo mesmo modo que o silício e como dessulfurante, ao combinar-secom o enxofre de preferência ao ferro, formando sulfeto demanganês, eliminando o problema da fragilidade a quente que podeocorrer na presença do FeS.

• FÓSFORO e ENXOFRE: São geralmente considerados elementosnocivos, de modo que as especificações, a não ser em casosespeciais, procuram fixar os teores destes elementos em valoresbaixos. De fato, em certos casos esses elementos, sobretudo o

O fósforo e o enxofre são considerados impurezas nocivas devido aosefeitos que podem produzir.

Fósforo: é responsável pela fragilidade a frio, isto é, baixa resistênciaao choque à temperatura ambiente, devido ao fato de dissolver-se na ferrita,endurecê-la e aumentar o tamanho do grão. Entretanto esta influência dofósforo não é séria, exceto nos aços de alto teor de carbono.

Enxofre: forma com o ferro um sulfeto (FeS) e se localiza no contornodos grãos. Devido ao baixo ponto de fusão do FeS, este irá fundir-se nastemperaturas correspondentes às operações de forjamento e laminação,diminuindo a tenacidade do aço, chegando às vezes a causar sua desintegraçãopela formaçào de fissuras durante a ação do martelo de forja ou cilíndroslaminadores.

O elemento silício e Manganês são considerados benéficos ao aço.Sillício: desenvolve-se na ferrita, aumenta a sua resistência e dureza

sem afetar a ductibilidade.Manganês: é desoxidante e dessulfurizante, forma com o enxofre o

composto MnS que possui PF elevado e suficiente plástico para deformar-sedurante o forjamento e a laminação.

Obtenção do aço comum: São obtidos por meio líquido e elaboradosno estado de fusão. O aço é um produto resultante:

a) do refino do ferro fundido no converssor Bessemer ou LD;b) do refino de sucatas de aço com ferro gusa ou ferro fundido em

fornos Siemens-Martin ou elétrico.c) da refusão de sucatas em fornos do tipo conversor.

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Reações químicas no conversor :1. Oxidação das impurezas do ferro:

2 Fe + O2 ⇒ 2 FeO + calor2FeO + Si ⇒ 2Fe + SiO2 + calorFeO + Mn ⇒ Fe + MnO + calor

2. Combustão intensa do carbonoFeO + C ⇒ CO + Fe2CO + O2 ⇒ 2 CO2

3. Desoxidação do aço: adiciona-se produtos desoxidantes.FeO + Mn ⇒ Fe + MnO

4. Combustão do fósforo:2P + 5 FeO ⇒ P2O5 + 5 Fe + calor

P2O5 + 4 CaO ⇒ (CaO)4 . P2O5 = escória5. Dessulfurização:

FeS + CaO ⇒ CaS + FeO

2.2.4. AÇOS ESPECIAIS (Aço-liga)São aços que contém outros metais que lhe foram adicionados

intencionalmente com a finalidade de dar certas propriedades aos aços•AÇOS-MANGANÊS, no estado fundido ou laminado, contêm

carbonetos que conferem grande fragilidade ao material:alongamento e estrição às vezes inferiores a 1%. Sua resistência àtração, nesses estados, varia de 42 a 49 kgf/mm².

•AÇOS CARBONO-CROMO, são aços empregados em esferas eroletes para mancais, pertencentes às classes SAE 50100, com 0,40 a0,60% de cromo, SAE 51100, com 0,90 a 1,15% de cromo e SAE52100 com cromo entre 1,30 a 1,60%. São temperados em óleo,podendo atingir durezas de 65 a 67 Rockwell C.

2.3 As Propr iedades dos AçosAs propriedades dos aços dependem, basicamente, de 2 fatores:

♦ Composição química♦ Estrutura.

Tabela 2.2 - Composição química de aços comuns

Aco SAE C% Mn% Si% P (max) S(max)

1010 0,08 a 0,13 0,3 a 0,6 0,1 a 0,3 0,04 0,05

1020 0,18 a 0,25 0,3 a 0,6 0,1 a 0,3 0,04 0,05

1045 0,42 a 0,45 0,6 a 0,9 0,1 a 0,3 0,04 0,05

1070 0,65 a 0,75 0,6 a 0,9 0,1 a 0,3 0,04 0,05

1090 0,85 a 1% 0,6 a 0,9 0,1 a 0,3 0,04 0,05

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O primeiro fator já foi analisado, pois ficou claro que o carbono é oelemento fundamental.

Quanto a estrutura, por sua vez, é influenciada pelos seguintes fatores:♦ Composição química♦ Tratamento mecânico♦ Tratamento térmico.O tratamento mecânico relaciona-se com as condições de deformação

do material: se a quente ou se a frio e neste caso, a intensidade do encruamentoresultante

O tratamento térmico influi sob dois aspectos:♦ Temperatura e tempo de aquecimento♦ Velocidade de esfriamento.O tempo de aquecimento, sob o ponto de vista de crescimento de grão

ou de solução de carbonetos atua praticamente como a temperatura, de modoque as mesmas observações feitas a este último fator se aplicam no caso dotempo de aquecimento.

Esfriamento, depois do material ter sido convenientemente aquecido,vai determinar sua estrutura final, de modo que as condições segundo as quais oesfriamento é levado a efeito até a temperatura ambiente e não estabelece anatureza do constituinte final, os efeitos dessas estruturas sob as propriedadesdos aços já são conhecidos.

2.4 Efeito dos Elementos de Liga nos AçosDe um modo geral, ao introduzir-se elementos de liga nos aços, visam-

se os seguintes objetivos:• Alterar as propriedades mecânicas• Aumentar a usinabilidade• Aumentar a temperabilidade• Conferir dureza a quente• Aumentar a capacidade de corte• Conferir resistência à corrosão• Conferir resistência ao desgaste• Conferir resistência a oxidação• Modificar as características elétricas e magnéticas.Os elementos de liga são introduzidos em teores e em número os mais

variados a não ser nos casos que desejem características especiais, como dureza

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a quente, inoxidabilidade, refratariedade, etc. A tendência moderna é adicionarvários elementos de liga simultaneamente, em teores baixos e médios.

EFEITO DE ALGUNS ELEMENTOS DE LIGA• CARBONO: define e estabelece as propriedades do aço, quanto a

dureza e resistência.• MANGANÊS: melhora a resistência mecânica , desde que seu valor

supere a 1% , pode ser empregado isoladamente;• NÍQUEL: melhora as propriedades mecânicas, a resistência à

corrosão;• COBRE: melhora a resistência à corrosão atmosférica;• CROMO: melhora a resistência mecânica quando em teores baixos;

em maior quantidade, melhora a resistência ao desgaste, por formarcarbonetos; é adicionado juntamente com o níquel e o cobre;

• MOLIBIDÊNIO: mesmo efeito do níquel, cromo e manganês sobreas propriedades mecânicas, com a vantagem de melhorá-lasigualmente a temperaturas mais elevadas.

• CHUMBO: melhora a usinagem e o acabamento.• BORO: melhora a têmpera do aço, mesmo em baixos teores (0,004%

de B)• ZIRCÔNIO: é desoxidante e aumenta a tenacidade refinando a

estrutura granulada.• SELÊNIO: facilita a usinagem, as percentagens deste elemento são

de 0,15 a 0,20 % nos aços de corte fácil.

ELEMENTOS PREJUDICIAIS AO AÇO RESULTANTES DOPROCESSO DE FABRICAÇÃO.

• ESTANHO: o estanho é prejudicial ao aço causando fragilidade afrio, semelhante ao fósforo. Sua presença no aço se deve a presençade chapas soldadas ou estanhadas na sucata. O estanho originasuperfícies defeituosas e frageis nas peças trabalhadas a quente.

• OXIGÊNIO: o oxigênio endurece o aço tornando-o frágil e menostenaz. Durante o processo de fabricação adicina-se elementosdesoxidantes fazendo com que o oxigênio se torne inofensivo.

• HIDROGÊNIO: o hidrogênio causa fragilidade e pode ser eliminadoatravés de desgaseificação.

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Tabela 2.4 - Características e empregos típicos de alguns aços-ligas de baixoteor em liga

Tipo de Aço Caracter ísticas Empregos Típicos

Médio Mn(1,75% Mn)

Resistência etrabalhabilidade

Equipamentos para exploração demadeira, agricultura e construção deestradas

Ao cromo(0,95% Cr)

Resistência etrabalhabilidade

Molas, lâminas de corte, ferramentaspara usinagem de madeira.

Ao níquel(3,5% Ni; 0,3% C)

Tenacidade Brocas de mineração, peças demarteletes a ar comprimido, virabre-quins

Ao C-V(0,5% C; 0,18% V)

Resitência aochoque

Peças de locomotivas

Ao C-Mo(0,68% Mo; 0,2% C)

Resitência aocalor

Corpos de caldeiras, equipamentos dealta pressão de vapor

Alto Si(4,0 % Si)

Eficiência elétrica Transformadores, motores, geradores

Ao Si-Mn(2,0% Si;0,75% Mn)

Elasticidade Molas de automóveis e vagões

Ao Cr-Ni(0,6% Cr; 1,25% Ni)

Superfície pronta-mente

endurecível

Engrenagens de automóveis, pin-hões,pinos de pistão, transmissões

Ao Cr-V(0,95% Cr;0,18% V)

Resistência edureza

Engrenagens de automóveis, eixo dehélices, bielas

Ao Cr-Mo(0,95% Cr;0,2% Mo)

Resistência àfadiga, choque e

calor

Forjados e fuselagens para aviões

Ao Ni-Mo(1,75% Ni;0,35% Mo)

Resistência àfadiga

Mancais de rolamento para vagões,engrenagens de transmissão de auto-móveis

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2.5 Aço InoxPor na maioria das vezes os aços serem utilizados em situações com

temperaturas acima da ambiente esta é uma das causas para um grande desgastee perda de peças. Para evitar esse fenômeno são utilizados diversos meios paraevitar, ou quase neutralizar a corrosão. Nesse trabalho nosso objetivo será o derealizar um estudo sobre Aço Inox.

Todos metais com o passar do tempo criam uma fina camada de óxidoque nada mais é do que átomos do metal que combinaram-se com o oxigênio.Essa cada torna-se altamente resistente à ação corrosiva do meio. Nessetrabalho serão estudados aços resistentes à corrosão, chamados comumentes deaços “inoxidáveis”. Quanto à resistência ao calor, à ação de temperaturaselevadas, de suportarem essas condições de serviço, tanto sob o ponto de vistaquímico como mecânico.

Como conclusão podemos dizer que os materiais resistentes ao calorsão igualmente resistentes à corrosão, nas condições normais, e resistentes àoxidação a temperaturas diferentes da ambiente.

O elemento básico mais importante para tornar um aço menos oxidávelé o cromo onde uma percentagem de 5% já é suficiente (Aço-cromo), mas paraque seja considerado inoxidável deve conter mais de 1O% de Cromo. Esteefeito pode ser aumentado quando adicionamos outros elementos comoMolibdênio, Cobre que aumentam a resistência a corrosão por via úmida eSilício e Alumínio em temperaturas elevadas.

Devido aos fenômenos corrosivos serem distintos, determinados açosinoxidáveis resistem bem em algumas ocasiões e mal em outras, não existe umaço totalmente inoxidável, o que existe são aços apropriados para resistirem adeterminadas reações corrosivas.2.5.1 CARACTERÍSTICAS DO AÇO INOX

Esses aços aos quais nos aprofundaremos, que são os aços inoxidáveis,caracterizam-se por resistirem à corrosão atmosférica, por resistirem à ação demeios gasosos ou líquidos, entre os quais são mais importante o cromo e oníquel e, em menor grau, cobre, silício, molibdênio e alumínio. Para que um açoseja “passivo”, inoxidável, que não oxide, depende de alguns fatores como:

• composição química• condições de oxidação• sensibilidade à corrosão localizada (“pitting”)• sensibilidade à corrosão intergranular.

Tabela 2.3 - Composição química dos aços especiais

Aço SAE C% Mn% Ni% Cr% Mo%

4320 0,17 a 0,22 0,45 a 0,65 1,65 a 2,0 0,4 a 0,6 0,2 a 0,3

8615 0,13 a 0,18 0,7 a 0,9 0,4 a 0,7 0,4 a 0,6 0,15 a 0,25

8620 0,18 a 0,23 0,7 a 0,9 0,4 a 0,7 0,4 a 0,6 0,15 a 0,25

1340 0,38 a 0,43 1,6 a 1,9 - - -

4140 0,38 a 0,43 0,75 a 1,0 - 0,8 a 0,11 0,15 a 0,25

4340 0,38 a 0,43 0,6 a 0,8 1,65 a 2,0 0,7 a 0,9 0,2 a 0,3

5140 0,38 a 0,43 0,7 a 0,9 - 0,7 a 0,9 -

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Quanto à composição química, o cromo é o elemento principal; 10%de Cr no mínimo são necessários e com 20%, 30%, se atinge a passividadecompleta, em segundo lugar está o níquel, que em teores acima de 7%, melhoraa resistência à corrosão pelo ataque de soluções de cloreto neutras, comotambém as propriedades mecânicas. O carbono pouco difere no aço inox, alémdo mais quando em forma de carbonetos, o prejudica afetando suaspropriedades mecânicas.

Como elementos químicos que podem ainda melhorar o aço inox,podem ser citados os seguintes:

• MOLIBDÊNIO (Mo), melhora a resistência à corrosão nos ácidossulfúricos e sulfuroso a altas temperaturas, em soluções neutras decloretos ou na água do mar;

• COBRE (Cu), melhora a resistência à corrosão, entre certosreagentes, como o ácido sulfúrico;

• TÂNTALO, NIÓBIO E TITÂNIO, evitam o fenômeno de corrosãointergranular, dos aços inox cromo-níquel;

• SILÍCIO, melhora a resistência à oxidação a temperaturas elevadas.O emprego do aço inoxidável tem suas restrições como as condições

de oxidação que indica que o aço inox pode ser empregado em meiosoxidantes, ácido nítrico, mas não em meios redutores, ácido clorídrico e açofluorídrico.

Pode-se evitar a corrosão localizada que é mais prejudicial que ageneralizada, sendo causada por soluções de cloreto. Evitada com a adição demolibdênio, além de um melhor acabamento.

A corrosão intergranular ocorre em aços cromo-níquel, quandoaquecidos para trabalho a quente ou tratamento térmico, ou ainda devido aoperação de soldagem, onde há a precipitação, nos contornos dos grãos, de umcarboneto complexo de cromo e ferro, retirando até 90% de cromo,ocasionando o empobrecimento em cromo das áreas vizinhas e com issofacilitando a corrosão.

Pode-se combater a corrosão intergranular dos seguintes modos:

• reaquecimento do aço, que havia sido anteriormente aquecido, à umatemperatura determinada e específica, resultando na redissolução doscarbonetos que se haviam formado nos contornos dos grãos;

• reduzir o teor de carbono a valores que se torne difícil a formação decarbonetos, evitando assim a remoção de cromo das áreas adjacentesaos grãos, sendo assim quanto menos carbono existir em um aço

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cromo-níquel, melhor este será, 0,03% para o material adquirir amáxima resistência à corrosão intergranular.

Adicionando-se, titânio, tântalo ou nióbio, em teores relativamentereduzidos, isso fará com que esses elementos que possuem mais afinidade como carbono, evite que a precipitação do carbono ocorra, assim mantendo as áreasadjacentes aos contornos dos grãos com a mesma quantidade de cromo que orestante do material, ocorrendo assim a composição de um aço de ótimaqualidade.

2.5.2 CLASSIFICAÇÃO, CONSTITUIÇÃO E UTILIZAÇÃOPodemos dizer que existem três os grupos de aços inoxidáveis, sendo

estes observados em sua microestrutura, que apresentam em temperaturaambiente. Assim podemos classificar os aços inoxidáveis em três grupos queserão explicados a seguir:

I) Aços Inoxidáveis Martensíticos - endurecíveis.II) Aços Inoxidáveis Ferríticos - não endurecíveis.III)Aços Inoxidáveis Austeníticos - não endurecíveis.

Aços inoxidáveis martensíticos - são aços que se caracterizam porserem aços-cromo, com 11,5% a 18% de Cr; tornam-se martensíticos eendurecem por têmpera. Podemos ainda, classificá-los em três classes:

Os de baixo carbono - “tipo turbina”- são utilizados pelas suas boaspropriedades mecânicas e resistência à corrosão relativamente elevada;

Os de tipo médio carbono - “cutelaria”- são utilizados onde se desejauma dureza satisfatória, aliada a razoável ductibilidade;

Os de tipo alto carbono - “cutelaria e resistentes ao desgaste”- sãoutilizados devido sua alta dureza que entretanto faz com que seja perdidaductibilidade.

Suas características mais importantes são:• são ferro-magnéticos;• podem ser facilmente trabalhados, tanto a quente como a frio,

sobretudo, quando o teor de carbono for baixo;

Tabela 2.5 - Composição química de aço inox

AISI SAE C% Si% Mn% Cr% Ni% Mo%

304 30304 0,6 0,4 0,5 18 9 2,7

316 30316 0,5 0,4 1,2 18 12 2,7

Tabela 2.6 - Designação de aços inoxidáveis

TIPO AISI SAE

Austenítico 3XX 30XXX

Martensítico e Ferrítico 4XX 51XXX

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• apresentam boa resistência à corrosão quando expostos ao tempo, àação da água e de certas substâncias químicas; à medida queaumenta o teor de carbono, fica prejudicada a resistência a corrosão,o que, no entanto, é compensado pelo maior teor de cromo;

• normalmente não são passíveis de ocorrer precipitações decarbonetos nos contornos dos grãos;

• o níquel melhora sua resistência à corrosão; o melhor aço inoxidávelmartensítico, sob o ponto de vista de resistência à corrosão é o 431,devido ao baixo carbono, alto cromo e presença de níquel;

• a têmpera também melhora a resistência à corrosão, pois contribuipara evitar a possibilidade de precipitação de carbonetos.

Assim podemos conferir que:

• todos os aços inoxidáveis martensíticos são temperados e devido aalta temperabilidade conferida pelo alto teor de Cr podem serresfriados ao ar e outros ao óleo ou água;

• após a têmpera, aplica-se um revenido a baixa temperatura, 150 a400 graus centígrados, que constitui mais um alívio de tensões

• colocando-se aço martensítico em solução de ácido nítrico(HNO3),com várias têmperas realizadas a diferentes temperaturas que sejampossíveis a têmpera do aço e que haja a possibilidade de aplicaçãode revenido, observa-se que a resistência à corrosão aumentaevidentemente.

A explicação desse fenômeno aparente é que a martensita, por ser umasolução rica em carbono, sofre uma precipitação de carboneto, que quandoreaquecido após a têmpera, o aço exigirá que o cromo existente nos carbonetosfiquem em solução perdendo assim resistência à corrosão, por isso o revenidodeverá ser aplicado por método rigoroso de controle.

• maiores temperaturas de têmpera aumentam a resistência à corrosãodo aço;

• à medida que aumenta a temperatura do revenido, a resistência àcorrosão diminui, devido à mencionada precipitação de carbonetosricos em cromo e martensita.

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Um outro fato que se pode mencionar é a “fragilidade pelohidrogênio”, o que pode ocorrer quando a sua dureza e seu carbono sãoelevados. Essa fragilidade pode ser adquirida quando é feita a fusão ou algumtratamento no aço, por parte térmica, devido a atmosfera usada, químico oueletroquímico, quando feita a decapagem ou eletrodeposição.

Além de níquel podemos adicionar outras substâncias como:

• TITÂNIO - que diminui a tendência ao crescimento dos grãos eaumenta a soldabilidade; ou também o nióbio.

• MOLIBDÊNIO - que entre 1 a 2%, aumenta sensivelmente aresistência à ação de ácidos diluídos, ácidos orgânicos e outros;

• ALUMÍNIO - que aparentemente diminui o crescimento do grão, aaltas temperaturas.

Como exemplo podemos citar um aço onde há a combinação de molibdênio evanádio: 0,25% C; 0,50% Si; 0,50% Mn; 12,50% Cr; 0,50% Ni; 1,00% Mo e0,30% V.

Esse aço temperado a partir de 1010 ºC, durante 15 minutos, revenidoa 480 ºC durante 4 horas teria as seguintes propriedades:

• limite de resistência à tração = 180 kgf/mm²• limite de escoamento = 145 kgf/mm²• alongamento = 10%

Aço inoxidável ferrítico - apesar do nome, o Cr ainda é o principalcomponente da liga. O teor de cromo neste aço pode superar os valores jáverificados e como há 0,35% de carbono, considerado já excessivo, a austenitafica inteiramente eliminada.

A estrutura desses aços não se modificam a temperatura ambiente, nãodependendo do resfriamento, é sempre ferrítica e também são chamados de nãoendurecíveis.

Sendo adicionada uma certa quantidade de Al neste material, égarantido que não haverá a formação de austenita, quando aquecido a altastemperaturas. Isso é uma grande qualidade desse aço, pois facilita a soldagem,porque faz com que não haja a formação de martensita o que necessitaria de umrecozimento, após a soldagem.

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Tabela 2.7 - Aplicaçãos aços de acordo com a norma SAE

Tipo de Aço Composição da Liga EmpregoAço C; 1 10- Aço comum

11 - Aço com alto tero de silício13 - aço com maior teor de Mn

Estampagens pequenasengrenagens

Aço Ni; 2 20 - 0,4 a 0,6 % de Ni21 - 1,25 a 1,75 % de Ni23 - 3,25 a 3,76 % de Ni25 - 4,75 a 5,25 % de Ni

Peças forjadas e eixos,brocas de mineração.

Aço Ni-Cr; 3 31 - 1,1 a 1,4% de Ni e 0,65%de Cr

Peças grandes comprofundidade média detêmpera.

Aço Mo; 4 40 - 0,25 % de Mo41 - 0,95 % de Mo

Engrenagens e bielas

Aço Cr; 5 50 - 0,2 a 0,75 % de Cr51 - 0,8 a 0,95 % de Cr

Molas, lâminas de corte,ferramentas parausinagem de madeira

Aço Cr -V; 6 61 - 0,15 a 0,18 % de V 0,8 a 0,95 % de Cr

Talhadeiras e bielas,engrenagens de

automóveis.Aço Cr-W; 7 70 - 1,2 a 1,5 % de W

71 - 1,5 a 2% de WResistência Elétrica

Aço Ni-Cr-Mo;8 86 - 0,4 a 0,6% de Cr 0,4 a 0,7 % de Ni 0,2 % de Mo

Eixos e manivelas

Aço Si-Mn; 9 92 - 1,2 a 2,2 % de Si 0,65 a 0,85% de Mn

Molas de tratores ecaminhões

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“Fragilidade a 475ºC”- ocorre devido a alteração do retículo, oureticulado cristalino ou, ainda o rearranjo atômico. É preciso lembrar quenormalmente ocorre na presença de carbono (C), nitrogênio (N), hidrogênio (H)e oxigênio (O). Destes o principal acredita-se ser o oxigênio, porque tenderia àformar CrO, óxido de cromo.

Aços inoxidáveis austeníticos - Estes são os aços mais importantes dosgrupos de aços. Apresentam simultaneamente Cr e Ni, variando entre 16-26% e6-22% respectivamente. Os mais conhecidos são o 18-8 onde 18, é aporcentagem de Cr e 8 é a porcentagem de Ni. É resistente à corrosão e àoxidação em alta temperatura, além ser pouco reativo na maioria dos reagentes.

Suas características gerais:

• não magnéticos;• não endurecíveis, por serem austeníticos;• quando encruados, apresentam um fenômeno interessante: o aumento

de dureza que se verifica é bem superior ao que se encontraria,mediante a deformação de outros aços.

Esse fenômeno pode ser explicado, porque a austenita sob o efeito detensões do encruamento, torna-se parcialmente e constantemente em ferrita,essa por sua vez, rica em carbono, nas mesmas condições que uma martensita,contribui para o endurecimento. O estiramento a frio do aço 18-8, podeproduzir resistência à tração de 250 kgf/mm², que um aço comum nãoultrapassaria os 140 kgf/mm².

Como tratamento térmico pode-se dizer que um simples reaquecimentoà temperaturas moderadas, restauraria a sua constituição austenítica. Aindapodemos dizer que nesse tipo de aço à medida que temos o aumento de níquel,temos a diminuição dos efeitos do encruamento, já que o Cr é um grandeestabilizador desse efeito.

Com isso os aços austeníticos são classificados de acordo com a suaresistência ao encruamento. Um dos fenômenos indesejáveis, que pode ocorreré a corrosão intergranular, devido à precipitação de carboneto de cromo,contudo pode-se evitá-lo, adicionando-se titânio e/ou nióbio.

Quanto ao tratamento térmico, este, chamado de “austenitização”, queé o aquecimento à temperaturas entre 1000ºC e 1120ºC, seguido de umresfriamento muito rápido a ponto de levá-lo à temperatura ambiente. Esseresfriamento faz com que o material não passe pela faixa indesejável dos 425 -870ºC que influencia a formação de carbonetos.

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Como outras variedades de aços austeníticos podemos dizer que: éadicionado Si para melhorar a resistência à oxidação à altas temperaturas; Ti eNb previne a corrosão intergranular; o Mo que aumenta a resistência à corrosãoà cloretos, ácido sulfúrico; Cr e Ni que aumentam a resistência à corrosão emgeral. Por eventualidades surgiram outras combinações alternativas de aço comoutros elementos, como por exemplo o manganês (Mn) que substituiparcialmente o níquel. Outra adição possível é a adição de nitrogênio em açoscom alto teor de cromo, que tende à melhorar os aços após a têmpera.

Existem ainda os aços inoxidáveis ao nitrogênio, que são chamados de“nitrônicos”, caracterizando-se por serem aços inoxidáveis ao Cr-Mn, em altosteores, além de apresentarem Mo, Si, Nb e V. Possuem alta resistência àtemperaturas ambientes ou altas. Apresentam baixos teores de carbono, nãoocorrendo a transformação martensítica, tendo resistência e tenacidade alta.

Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação: aços que secaracterizam apresentarem alta resistência à corrosão e elevada resistênciamecânica ao mesmo tempo, limitando o seu uso em molas especiais,aeronáutica.

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3. DESIGNAÇÃO DE AÇOS

Dada a grande variedade de aços, procura-se constantemente criarsistemas para classificação. A classificação mais comum é a que considera acomposição química do aço. Dentre os sistemas mais conhecidos, os maisusados são:

SAE : Society of Automotive Engeneers (Sociedade de EngenhariaAutomotiva)

AISI : American Iron and Steel Institute( Istituto Americano de Ferro eaço)

ABNT : Associação Brasileira de Normas TécnicasEssas associações seguem aproximadamente o mesmo método

numérico de identificação, que é o seguinte:

UTILIZAÇÃO DE 4 NÚMEROS

Pr imeiro algar ismo: É um número de l a 9 e identifica o tipo de aço,determinado pelo tipo de elemento de liga básico.

l = aço carbono2 =aço níquel3 = aço niquel - cromo4 = aço molibdênio5 = aço cromo6 = aço cromo-vanádio7 = aço cromo-tungstênio8 = aço níquel-cromo-molibdênio9 = aço silício-manganês

Segundo algar ismo: Indica o grupo dentro do tipo.Um elemento de liga simples é indicado por seu percentual médio.Exemplo: aço SAE 5140 - o número 1 indica 1% de cromoUm aço com dois elementos de liga, o segundo número indica uma

combinação dos percentuais dos elementos de liga de acordo com as normas defabricação..

Exemplo: aço SAE 8640 - o número 6 pode indicar 6% dos elementosde liga.

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Terceiro e quar to algar ismo: Indica a percentagem média de carbonoem centésimos percentuais.

Exemplo: aço SAE 1035 - o número 35 indica 0,35% de carbono.Assim, um exemplo da designação por quatro algarismos é descrita

abaixo:

SAE 1045 1 ⇒ indica o tipo de aço (aço carbono) 0 ⇒ indica o grupo dentro do tipo (aço comum)45⇒indica o teor médio de carbono (0,45% de carbono aproxima-

damente)

Observações:a. Na classificação da AISI a letra B no meio numeral indica a

presença de Boro na fórmula. Ex. AISI 50B20b. Na classificação da AISI a letra antes do númeral indica o processo

pelo qual o aço foi produzido. Ex. AISI E33l5 - produzido em forno elétricoExemplo: AISI C1045 - produzido em forno Siemens-Martin

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4. LIGAÇÃO METÁLICAUma das características dos metais é o fato de terem pequeno número

de elétrons no último nível energético, em consequência da baixaeletronegatividade. O valor da eletronegatividade está relacionada com aintensidade de atração que o núcleo, positivo, exerce sobre os elétrons doúltimo nível. Se a eletronegatividade é baixa a atração será fraca, e os elétronsficam fracamente presos ao átomo, podendo ser doados facilmente. Assim, umacarga externa poderá retirar com facilidade, os elétrons do último nívelenergético.

Quando dois átomos metálicos estão próximos entre si, os elétrons doúltimo nível energético ficam sujeitos, simultaneamente as forças de atração dedois núcleos, podendo mover-se facilmente de um para outro átomo.

Se houver numerosos átomos metálicos próximos entre si, os elétronsdo último nível energértico de um átomo serão atraídos indistintamente, pelosnúcleos de todos os átomos. Em consequência aparece um “mar” de elétronsvagando pelo metal, movendo-se com facilidade de um átomo para outro, semse fixarem de modo definitivo em nenhum deles. Os elétrons que constituemesse “mar” de elétrons são chamados elétrons livres. São estes elétrons osresponsáveis pela ligação metálica.

Sem seus elétrons do útimo nível energético, os átomos metálicos setransformam em cátions, isto é, em íons de carga elétrica positiva. Portanto aligação metálica é um agregado de cátions mergulhados em um “mar” deelétrons livres.

Na estrutura do metal, o “mar” de elétrons atrai continuamente oscátions deste metal. Quanto maior o número de elétrons livres, maior aintensidade da ligação metálica. Como a grandeza do “mar” de elétrons é umadecorrência do número de elétrons, e estes são provenientes do último nível,quanto maior o número de elétrons neste nível, tanto maior será a ligaçãometálica.

A descoberta dos metais pela humanidade constitui-se num dosgrandes passos dados pelo homem na sua emancipação da natureza. Alguns dosmetais que o homem melhor aprendeu a usar foram o ferro, o cobre, o zinco, oalumínio, o estanho, o ouro e a prata.

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4.1. Propr iedade Física dos Metais

1. COR E BRILHO: os metais possuem brilho característico e coloração quevaria do branco ao cinza com exceção do ouro e do cobre.

2. DUREZA: é variável. O metal mais duro é o cromo, isto justifica acromação de metais. Os metais mais brandos são os alcalinos.

3. DENSIDADE : é variável. Os metais de transição são mais densos. Ex. Al d = 2,7 g/cm2

Ir d = 22,6 g/cm2

Li d = 0,53 g/cm2

4. PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO: normalmente possuem ponto de fusãoelevado.

Ex. maior ponto de fusão e ebulição; W - P.F. = 3410 oC PE = 5927 oCmenor ponto de fusão e ebulição ; Hg P.F. = - 39 oC PE = 357 oC

5. MALEABILIDADE (CAPACIDADE DE FORMAR LÂMINAS): os metaissão na sua maioria maleáveis, destacando-se o ouro, onde com 30 g podemser feitas lâminas de 15 m2 com uma espessura de 3 x 10-6 cm.

6. DUTIBILIDADE (CAPACIDADE DE FORMAR FIOS): Os metais sãodúcteis, com destaque para o ouro, onde com 1 g pode ser feito um fio de 3km.

7. CONDUTIVIDADE ELÉTRICA E TÉRMICA: os metais são bonscondutores de calor e eletricidade destacando-se o ouro, prata, alumínio ecobre.

8. RESISTÊNCIA MECÂNICA: os metais possuem alta resistência mecânicaa qual abrange a tenacidade (resistência ao choque), resistência acompressão, tração, flexão e torção, destacando-se o ferro , o que justificasua importância na indústria metal mecânica.

4.2. Estrutura Cr istalina dos Metais

Nas ligações metálicas, os elétrons livres da última camada vão darorigem a nuvens eletrônicas que envolvem os íons metálicos que se distribuemnos reticulados unitários cristalinos.

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Cada reticulado cristalino estende-se regularmente até a superfície dometal. As estruturas mais comuns são: CÚBICO DE CORPO CENTRADO,CÚBICO DE FACE CENTRADA, HEXAGONAL COMPACTO.

Figura 4.1 - Aranjo cúbico de corpo centrado (CCC)

Neste tipo de arranjo, o número de coordenação de cada cátion é 8, ouseja, cada cátion é rodeado por 8 outros cátions.

Exemplos: Li, Na, K, Rb, Cs, Ba

Figura 4.2 - Arranjo cúbico de faces centradas (CFC)

Empacotamento cúbico denso. Cada cátion é rodeado por 12 outroscátions. O número de coordenação é igual a 12.

Exemplos: Ca, Sr

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Figura 4.3 - Arranjo hexagonal compacto (HC)

Empacotamento hexagonal denso. O número de coordenação é 12 ecada cátion está rodeado por 12 cátions da seguinte maneira:• 6 cátions no mesmo plano;• 3 cátions no plano superior;• 3 cátions no plano inferior.

Exemplos: Be, Mg

4.2.1. CONSEQÜÊNCIA DAS ESTRUTURAS CRISTALINAS

1. A estrutura dos reticulados cristalinos é compacta e altamente estável, pararompê-la é necessário fornecer uma grande quantidade de energia o quedetermina altas temperaturas de fusão e ebulição, alta densidade eresistência mecânica

2. A nuvem eletrônica que envolve os cristais faz com que os metais sejambons condutores de calor e eletricidade, também determinam o alto-brilho.

3. A estrutura cristalina deforma-se com facilidade o que explica amaleabilidade e a dutibilidade.

4.3. Metalurgia e Potenciais de Oxidação

Consultando uma tabela de potenciais de redução, é possível entenderpor que alguns metais como ouro, prata, mercúrio e cobre são encontradoslivres na natureza, enquanto outros são encontrados apenas na forma desubstâncias compostas (combinados com outros elementos).

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Tabela 4.3 - Potenciais de Oxidação

Semi-reação Eo (V)Encontrados livres na

naturezaAu+3 + 3 e- <---> Auo

Hg +2 + 2 e- <---> Hgo

Ag +1 + 1 e- <---> Ago

Cu +1 + 1 e- <---> Cu o

+ 1,50+ 0,85+ 0,80+ 0,52

Obtidos através daredução do minério

utilizando C, CO ou Alcomo agente redutor

Fe +3 + 3 e- <---> Feo

Mn+4 + 4 e- <---> Mno

Sn+4 + 4 e <---> Sno

Pb+2 + 2 e- <---> Pbo

Cr+3 + 3 e- <---> Cro

Zn+2 +2 e- <---> Zno

+ 0,04+ 0,03+ 0,0l- 0,13- 0,74- 0,76

Obtidos através daredução por eletrólise

Al +3 + 3e- <---> Alo

Mg+2 + 2e- <---> Mgo

Ca +2 + 2e- <--->Cao

- 1,66- 2,36- 2,87

ESCALA DE REATIVIDADE: Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni,Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

4.4. Ligas Metálicas

4.4.1. Conceito:É toda mistura resultante da união de dois ou mais elementos onde

pelo menos um é metálico.Ex. Bronze - cobre e Estanho Latão - Cobre e Zinco Aço - Ferro e carbono

4.4.2. Obtenção:a) Por Fusão de metais: Neste processo os metais são aquecidos até a fusão,

seguido de homogeneização e resfriados lentamente. Este processo é o maisutilizado, pois a maioria dos metais são miscíveis no estado líquido.

Exceções: Chumbo e Zinco, Ferro e Mercúrio.

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b) Por compressão: Consiste em submeter os metais a uma pressão no estadopulverizado a alta temperatura. Este processo é utilizado na obtenção deligas com metais com alto ponto de fusão.Este processo permite obter ligas com diferentes graus de porosidade.

Ex. mancais, onde há necessidade de porosidade para reter óleo lubrificante.

4.4.3. Tipos de ligas:a) Substitucional: neste tipo de liga os componentes possuem átomos de

tamanhos equivalentes e algumas semelhança química, como conseqüênciaos átomos dos dois componentes participam indiferentemente naconstituição do reticulado cristalino. A substituição dos átomos pode ser aoacaso ou ordenada.

Ex. Bronze = Cobre + Estanho

b) Intersticial: neste tipo de liga os componentes possuem tamanhos muitodiferentes, como conseqüência os átomos menores distribuem-se nosinterstícios( espaços no reticulado cristalino do elemento com átomo maior).

Ex. Ferro + Carbono

4.5. Propr iedade das Ligas

a) Condutividade e Resistência elétrica: os metais puros apresentam maiorcondutividade que as ligas, pois os elétrons movimentam-se mais facilmenteem meio homogêneo, devido a esta propriedade as ligas são utilizadas comoresistência elétrica.

Ex. Cobre eletrolítico com 99,98% de pureza é utilizado como condutorelétrico(fios)

Nicrom ( 60% de Ni + 40% de Cr) utilizada como resistência de chuveiropossui uma resistência elétrica 12 vezes maior que o Níquel e 8 vezes maiorque o Cromo.

b) Resistência Mecânica: as ligas superam os metais puros porque a presençade outros átomos no reticulado cristalino dificulta a deformação da estruturacristalina deste metal.

Ex. O aço é 3 vezes mais resistente a tração que o ferro puro.

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c) Dureza: as ligas são mais duras que os metais componentes entretanto nãosão tão maleáveis.

Ex.: Ferro com alto índice de carbono é duro e quebradiço.

TABELAS COM EXEMPLOS DE LIGAS METÁLICAS

1. LIGAS DE ALUMÍNIO:Ligas (% ) Caracter ísticas Aplicações

Alunínio/Silício/Cobre

Si 0,3 a 11 %Cu 3 a 4 % + Al

Resistência a corrosão,boa resistência a altas

temperaturas

Utensíliosdomésticos,

assadeiras, panelasDuraluminio Al 90%

Mn 5,5 %Cu 4%Mg 0,5%

Superfície brilhante,alta resistência

mecânica, liga leve

Aviões, peças paracarro , bicicletas

Magnálio Mg 5 a 30 %Al 70 a 95 %

Superfície brilhante,resistência mecânica

Instrumentoscientíficos

2. LIGAS DE COBRE:Ligas (% ) Caracter ísticas Aplicações

LatãoAmarelo

Zn 30% ,Cu 70%

Maior resistência acorrosão, Flexibilidade,

boa aparência

Tubos, torneiras, objetosde decoração.

Latão Naval Zn 39,3%

Sn 0,7 %Cu 60 %

Resistente a corrosãocausada pela água do

mar.

Tubulações, navios,equipamentos marítimos

Bronze Sn 22 %Cu 78 %

Resistente a corrosão,flexibilidade

Sinos, lustres, objetos dedecoração

PrataAlemã

Sn 20 %Ni 15 %Cu 65 %

Característicassemelhantes a da prata.

Talheres, jóias

Monel (Ligamonetár ia)

Ni 25 %Cu 75 %

Elevada dureza einoxibilidade, alto brilho

Usada na confecção demoedas.

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3. LIGAS DE NÍQUEL:Ligas (% ) Caracter ísticas Aplicações

Monel Ni 72 %Cu 28 %

Resistência a corrosão,superfície brilhante

Industria alimentícia

Nicrom Ni 60%Cr 40%

Alto ponto de fusão, baixacondutividade elétrica.

Resistências elétricas

Permaloy Ni 78 %Fe 22%

Propriedades magnéticas Cabos telefônicos

4. LIGAS DE CHUMBO:Ligas (% ) Caracter ísticas Aplicações

Metal deSolda

Sn 33 %Pb 67 %

Fusível a baixastemperaturas

Soldas elétricas

5. LIGA DE BISMUTO:Ligas (% ) Caracter ísticas AplicaçõesWood Bi 38 %

Sn 15 %Cd 16 %Pb 31 %

Baixo ponto de ‘fusão (69 oC)

fusíveisdispositivosautomáticos

6. LIGA DE OURO:Ligas (% ) Caracter ísticas Aplicações

Ouro 18 K Au 75 %Cu 25 %Ag 25 %

Maior dureza (maisresistente ao risco)

Jóias e circuitoselétricos.

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5. BIBLIOGRAFIA

1. CANTO, E. Minerais, Minérios e Metais. São Paulo: Ed. Moderna, 19962. CHIAVERINI. V. Tecnologia Mecânica. São Paulo: Ed. MCGraw-Hill, 19863. MALICHEV, A. Tecnologia dos Metais. São Paulo: Ed. Mestre Jou, 1967.